Эколого-геохимическая оценка горнорудного района (на примере Садоно-Унальской котловины, республика Северная Осетия-Алания) (стр. 3 из 7)
Для оценки количества пылевых выпадений в 1998 - 2000 г.г. использовались смывы с листьев и плодов яблони, в 2003 пыль собиралась в специальные емкости с водой. После фильтрации через фильтр <синяя лента>, анализировались как твердая, так и жидкая фазы атмосферных выпадений.
Для определения концентраций химических элементов в пробах почв, донных отложений, отвалов, сухой части хвостохранилища и растительности использовался приближенно-количественный спектральный анализ, который выполнялся в лаборатории Опытно-методической экспедиции (ОМЭ) (г. Александров). Лаборатория имеет свидетельство об аттестации и обеспечена необходимыми государственными стандартами и образцами.
В пробах почв, отвалов, сухой части хвостохранилища и донных отложений определялись содержания 36 химических элементов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, As, Sb, W, Sn, Bi, Ba, Sc, Ti, Li, Be, Nb, Y, Yb, Zr, Hf, La, Ce, Cd, In, P, Ge, Ga, Sr, Ta, Tl и B, предварительное истирание проб проводилось в той же лаборатории. Определение содержаний 12 химических элементов в пробах растительности проводилось после их предварительного сухого озоления: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, Sn и Sr. Все метрологические характеристики анализов, проведенных в ОМЭ, не превышали допустимых пределов, предусмотренных действующими инструкциями.
Концентрации микроэлементов в пробах воды, пылевых смывах, вытяжках из почв, пыли и шлама хвостохранилища определялись атомно-абсорбционным анализом на спектрометре AAS-3 фирмы Карл Цейсс Йена с дейтериевым корректором в пламени воздух - ацетилен (кафедра геохимии, МГУ). Предварительная подготовка проб проводилась в лаборатории кафедры геохимии МГУ.
Для разделения растворимых и взвешенных форм тяжелых металлов в природных водах проводилась их фильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Гидропробы концентрировались методом упаривания в присутствии хлорной (HClO4) и азотной (HNO3) кислот, в соотношении 1:3. Пробы пыли и водной взвеси озолялись при t - 400°C (с добавлением капли HNO3), разлагались плавиковой (HF) и хлорной (HСlO4) кислотами. Подвижные формы тяжелых металлов извлекались из почв вытяжкой ацетатно-аммонийного буфера (ААБ) с рН = 4,8. Отношение твердой фазы к жидкой = 1:10.
Изучение форм нахождения микроэлементов в пыли, почвах, шламе хвостохранилища проводилось методом последовательных вытяжек, методами рентгенофазового, минералогического и микрозондового анализов.
В отдельных пробах пыли и почв для детального сравнения содержаний микроэлементов между аномалиями использовался количественный спектральный анализ (спектральная лаборатория кафедры геохимии, МГУ) и инверсионный вольтамперометрический (химическая лаборатория кафедры геохимии, МГУ).
Макросостав природных вод определялся методом объемного химического анализа по стандартным методикам [Руководство , 1977], измерение pH проводилось в момент отбора проб полевым pH-метром. Макросостав почв определялся методом силикатного анализа в лаборатории ЛОГС (геологический факультет, МГУ), содержания Сорг., N, S определялись методом сухого сжигания в ВНИИ Защиты растений.
Обработка и количественная интерпретация геохимических данных осуществлялась с помощью программного пакета "Gold digger" (разработан на кафедре геохимии МГУ).
При обработке геохимических данных производилось определение параметров фона (СФ - фоновые концентрации и ф - стандартный множитель), минимально-аномальных концентраций (Смин.ан.), средних содержаний в контуре аномалий (Сан. ср.), коэффициентов концентрации (Кс) химических элементов [Справочник , 1990], пылевая нагрузка [Сает и др., 1990]. Доля подвижных форм металлов от их валовых (общих) концентраций определялась по формуле: доля п.ф.% = (СI / СII)*100%, где СI - содержание химического элемента в почвенной вытяжке, СII - валовое содержание химического элемента в почве.
Для характеристики загрязнения в изученных компонентах окружающей среды использовались отношения содержаний химических элементов к ПДК (ОДК) (КПДК) и суммарный показатель загрязнения Zс [Сает и др., 1990]. Количественная оценка степени техногенного загрязнения почв проводилась по методам интерпретации геохимических аномалий, разработанных в прогнозно-поисковой геохимии [Справочник , 1990]. Определение уровней загрязнения по значениям суммарного показателя Zс в почвах, растительности и донных отложениях проводилось в соответствии с существующими нормативами [Методические рекомендации . . ., 2001].
Глава 3. Источники загрязнения и механизмы поступления тяжелых металлов на территорию района.
На территорию района поступление ТМ происходит в составе двух антропогенных потоков: водного (с водами р. Уналдон по системе арыков), наиболее значимого для цинка, и аэрального (за счет дефляции сухой части хвостохранилища), более значимого для свинца.
Река Уналдон, в верховьях которой находится рудник Холст и поисково-разведочные штольни полиметаллических месторождений - Джими, Уарахком, Хороновское, а также поля рассеяния сульфидов рудопроявлений Сухой Лог, Ахшартырахское, Верхнеунальское и Крутое, собирающая стоки с отвалов Холстинского и Джимидонского ущельев, содержитв аллювии и взвеси высокие концентрации ТМ.
Наиболее загрязненные участки р. Уналдон (табл. 1) относятся к зонам непосредственного влияния отвалов и штолен (р. Джимидон - отвалы штолен N 3, 45, руч. Верхнеунальский - штольни N, 8, 47-месторождение Джими-Бозанг; руч. Холстдон - отвалы штольни Нижняя, р. Уналдон после впадения всех притоков - отвалы штольни N 43, штольня N44 -месторождение Холст), а также к участку после впадения всех притоков до устья. Средние значения Ксв районе отвалов составили: для цинка - 44, для кадмия - 95, для свинца - 7. В нижнем течении отмечается падение концентраций Zn и Cd (Кс для Zn - 20, Cd - 52) и увеличение Pb (Кс - 17). Превышение предельно допустимых концентраций для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования отмечается только для кадмия. Он тесно связан с цинком (этот факт подтверждается их тесной корреляционной связью (0,989, r1% = 0,708, n = 12)) что, несомненно, является следствием его изоморфизма цинку.
В пробах, отобранных в районах влияния отвалов, и в штольневых водах характер вод с гидрокарбонатного меняется на сульфатный. Несмотря на большое количество сульфатов и повышенную минерализацию относительно природных уровней, воды остаются нейтральными. В устье р. Уналдон, также увеличивается количество сульфат иона. По даннымпоследних двух лет (2003 - 2004 г.г.) характер вод в устье сменился на сульфатный, что может быть связано с катастрофическим сходом селевого потока в 2001 г. по ущельям р.р. Майрамдон и Уналдон, в результате которого некоторые отвалы, расположенные на склонах речных долин, были смыты в реку.
| Таблица 1. Средние содержания ТМ (вмкг/л) в поверхностных водах района (1992—2004г.г.) | |||
| Места отбора проб | Pb | Zn | Cd |
| р. Ардон выше хвостохранилища | 5,1 | 116 | 0,48 |
| слив хвостохранилища | 9,9 | 71 | 0.96 |
| р. Ардон ниже хвостохранилища | 12,9 | 136 | 0,64 |
| р. Джимидон под отвалами Джими | 2,3 | 842 | 2,85 |
| участок впадения р. Холстдон | 0,7 | 329 | 1.7 |
| участок впадения руч. Верхнеунальского | 1,5 | 181 | 1,22 |
| устье р. Уналдон | 5,9 | 371 | 1,57 |
| верхний арык | 8 | 221 | - |
| нижний арык | 1,2 | 163 | - |
| Штольня 43 | 443 | n*105 | 161 |
| ФОН | 0,35 | 19 | <0.03 |
Река Уналдон, содержит высокие концентрации ТМ (в основном Pb и Zn, в меньшей степени Cu, Ag и Cd) во взвеси. Концентрации ТМ во взвесях достигают 4100 мг/кг цинка, 400 мг/кг свинца и 300 мг/кг меди. В среднем по р. Уналдон свинец больше переносится во взвешенной форме (>50% после впадения основных притоков), чем цинк (
25%).В результате литохимического опробования р. Уналдон и ее притоков практически на всем ее протяжении выявлены повышенные содержания Zn, Pb, Ag, Cu, Cd, As, Co, Bi, и Li, значительно превышающие фоновые концентрации для данного района (табл. 2). В качестве фоновых были взяты пробы из Среднего ручья, в бассейне которого отсутствуют рудопроявления, штольни и отвалы, являющиеся основными загрязняющими факторами.
Концентрации цинка в донных отложениях р. Уналдон только в единичных пробах не превышают минимально аномального значения. Это же, в несколько меньшей степени, относится к концентрациям свинца и серебра. Для остальных элементов, помимо участков отвалов, аномальные содержания в донных отложениях отмечаются в нижнем течении р. Уналдон.
Загрязнение донных отложений носит комплексный характер. Основные загрязнители: Zn, Pb, Ag, As, Cu, Sn, Bi. Суммарный показатель загрязнения в районе отвалов (руч. Джимидон, Верхнеунальский) по данным 1997 - 1998 годов достигает 128, что является высоко опасным уровнем и характеризует экологическую обстановку, как чрезвычайную. Для участка нижнего течения р. Уналдон после впадения основных притоков значения Zc несколько ниже: среднее - 27, что соответствует умеренно опасному уровню загрязнения (рис. 2).
| Таблица 2. Геохимические характеристики аномалий в донных отложениях р. Уналдон, мг/кг. | ||||||
| Cф | Cмин. ан. | Cср. ан. | Кс | Cmax | Кс max | |
| Zn | 62 | 200 | 750 | 12,1 | 3000 | 48,4 |
| Pb | 13 | 40 | 140 | 10,8 | 600 | 46,2 |
| Ag | 0.054 | 0,15 | 0,33 | 6,1 | 1,2 | 22,2 |
| Cu | 26.3 | 50 | 78 | 3 | 200 | 7.6 |
| As | <10 | 30 | 80 | >8 | 300 | >30 |
В 2001 году после катастрофического схода селевого потока, экологическое состояние донных отложений значительно ухудшилось. В 2003 году было опробовано русло р. Уналдон ниже впадения основных притоков. Сравнение концентраций основных загрязняющих веществ по этому участку в 1998 и 2003 г.г. приводится в табл. 3.